反压印制备PZT纳米阵列及其特性研究

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锆钛酸铅(PZT)以其独特的铁电性,压电性,热释电性多年来广泛地应用于压力传感器,换能器,红外成像等领域。近年来,得益于非挥发存储器巨大的市场需求和铁电存储器在该领域的技术潜力,PZT再次受到广泛关注,并被视为制造下一代非挥发存储器的重要材料。同时,随着微纳加工技术突飞猛进的发展,材料的加工能力进入深亚微米乃至纳米水平,PZT的优异性质在微纳尺度有了更为广泛的应用空间。PZT在非挥发存储器和微纳科学领域的应用已经促成了一系列新技术的发展,并且将继续对众多领域产生重大的影响。在此背景下,如何快速,高效而又廉价的制备PZT微纳结构就成为学术界和产业界非常关心的重要问题。在目前被广泛使用的微纳图形制造技术中,传统光刻技术由于光学衍射极限的存在,无法直接使用于100nm以下尺寸的图形制造;电子束光刻巨大的时间成本以及能耗使其无法应用于大面积图形制造和工业生产;深紫外乃至X射线光刻要求复杂的光刻设备,同时成本巨大,且高能射线会对PZT材料的性能造成不利影响,限制了材料的应用。而纳米压印以其不存在光学衍射极限,工艺简单快速等特点,成为制造PZT微纳结构的重要手段,而其中的反压印技术则更是以其压印时间短,压力小,具备制备完全隔离图形的潜力等特点而受到广泛关注。本文工作利用PZT溶胶凝胶前驱液,结合纳米压印中的反压印技术成功制备出PZT微纳阵列结构。利用原子力显微镜(AFM)对反压印过程中的重要参数和得到的样品进行了系统的测试与分析,提出了反压印过程的工艺模型,并进行了初步的数学分析。压电力显微镜(PFM)和拉曼光谱测试表明反压印制备的PZT微纳结构具有良好的铁电和压电性能。此外,与常规压印PZT的拉曼光谱和PFM测试结果相比,我们还发现反压印PZT得到的样品具有某些独特的性质。本文工作不仅为制造PZT微纳结构提供了一种有效的工艺方法,同时为理解压力和微纳结构对PZT晶体结构和电畴的影响提供了参考。
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